东风145水水罐消防汽车设计

摘要随着国民经济的持续发展，全世界每年发生约一百万起火灾，造成人员伤亡和物质损失。因此，应采取防火措施并有效组织灭火后的操作，以最大程度地减少人身伤害造成的损失。此设计代表水箱消防车的基本形式，并根据设计要求查找相关数据。关键的设计细节包括:TypeII机箱的计算和选择。第二类底盘是根据车辆的总体布局和作业装置的设计确定的。车辆的总质量，热箱的选择和设计，压力由水的重量决定，水箱根据压力计算。根据车辆的总体布局选择壁厚，料箱选择，消防水暖系统的设计和设计:管道系统，根据国家标准和性能参数选择消防泵和取力器，并放置消防配件。最后，对整车进行性能分析和计算，结果基本表明符合道路车辆改装标准。关键词：二类底盘；水罐；消防泵；消防车；水罐消防车AbstractWiththecontinuousdevelopmentofnationaleconomy,therearealmostmillionsoffiresintheworldeveryyear,resultinginalargenumberofcasualtiesandlargemateriallosses.Therefore,howtopreventtheoccurrenceoffire,howtoeffectivelyremedyafterthefire,andhowtoreducethelosscausedbyfireasmuchaspossible,thesearetheproblemsweshouldconsider.Thisdesignwillrefertothepreviousbasicshapeofthewatertankfireengine,andaccordingtothedesignrequirementstofindtherelevantdataforthedesign.Themaindesigncontentsareasfollows:thecalculationandselectionofthesecondtypechassis:thesecondtypechassisisdeterminedbytheoverallarrangementandworkingdevicedesignofthewholevehicle,andthetotalmassofthewholevehicleiscalculated,theselectionanddesignofthefirewatertank:thepressureisdeterminedbythewaterweight,thewallthicknessofthewatertankiscalculatedbythepressure,andthematerialisselectedtoselecttheappropriatewatertank.Selectionanddesignoffirefightingpipelinesystem:accordingtotheoverallarrangementofthewholevehicletoselectthepipelinesystem,accordingtothenationalstandardsandperformanceparameters,selectthefirepumpandforceextractor,arrangethefirefightingaccessories.Finally,theperformanceofthewholevehicleisanalyzedandcalculated.Theresultsshowthatithasbasicallyreachedthenationalstandardforrefittingcarsontheroad.Keywords：classIIchassis;watertank;firepump;fireengine;watertankfireengine目录TOC\o"1-3"\h\u27385摘要 I25070Abstract II28100第1章绪论 1117951.1水罐消防汽车设计的目的和意义 1245451.1.1水罐消防汽车设计的目的 1224551.1.2水罐消防汽车设计的意义 1225651.2水罐消防汽车发展方向与前景 1122851.2.1水罐消防汽车发展方向 1108161.2.2水罐消防汽车的发展前景 3200991.3国内外水罐消防汽车的发展现状 480011.3.1国内水罐消防汽车的发展现状 4205811.3.2国外水罐消防汽车的发展现状 5325291.4水罐消防汽车定义，组成，功用 5266771.4.1水罐消防汽车的定义 5232981.4.2水罐消防汽车的组成 538071.4.3水罐消防汽车的功用 618857本章小结 625753第2章底盘及罐体的选择计算 716802.1东风145水罐消防汽车底盘的选择 726282.1.1东风145汽车底盘的部分性能参数 7155032.1.2东风145汽车底盘的基本参数 7161092.2罐体的设计及材料的选择 9142772.3防波板的设计 12108362.3.1防波板的外形设计 12257412.3.2防波板的参数计算 1217568本章小结 1227362第3章水泵系统的设计与选择 1332323.1高压离心消防泵的选择 13291913.2取力器的选择 1623933.2.1取力器布置方案选择 16139523.2.2取力器基本参数选择 17145043.3水枪和水炮 18114043.3.1水枪绞盘的选择 18236113.3.2水炮的选择 1931689本章小结 2124384第4章副车架的设计 22175794.1副梁的截面形状及尺寸 2288084.2副梁的前端形状及位置 23263434.3副车架与车架的连接 24214374.4副车架强度刚度弯曲适应性校核 26228434.4.1额定装载时整车重心作用点的求解 26152794.4.2副车架剪力及弯矩的求解 26202194.4.3副车架强度刚度校核 29273494.4.4副车架弯曲变形校核 3017656本章小结 3224743第5章水罐消防车基本性能及参数计算 33137655.1发动机的动力性 3327145.1.1发动机的外特性 34270085.1.2汽车行驶方程式 35263155.1.3动力性评价指标 36190485.1.4整车动力性计算 38206805.2燃油经济性计算 4179195.3水罐消防汽车稳定性计算 42291415.4额定工况工作状态 4323935本章小结 4422560结论 4512111致谢 465308参考文献 478954附录1 4932352附录2 52第1章绪论国家有关部门统计显示，我国消防车数量约为23000台，近年来新增更新消防车近3000台。然而，我国消防车的结构并不十分合理。特种车辆的比例太低了。水箱消防车只占70辆特种车辆的10%，且车型较老。目前，我国消防车市场从总体上看正处于一个高增长的阶段。在未来5年内，这种增长会一直持续。每年平均增长量会维持在2000台左右，水罐消防车的市场前景很大。1.1水罐消防汽车设计的目的和意义1.1.1水罐消防汽车设计的目的综合利用过去几年中获得的知识来分析和解决毕业设计过程中出现的任何问题，提高实践技能，并发展解决问题的能力。1.1.2水罐消防汽车设计的意义随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，城市的规模越来越大。近年来，城市火灾和火灾隐患越来越多，给人们造成的损失逐年增加。因此，对消防车的需求逐渐增加，对消防车的功能要求也在增加。城市消防车的新颖设计突出了快速，灵活和可操作的特点，以适应城市空间狭小、交通流量大的特点。同时，在紧急情况发生时，它可以为居民提供急需的生活用水。1.2水罐消防汽车发展方向与前景1.2.1水罐消防汽车发展方向近年来，随着消防和紧急救援任务的迅速发展，消防设备对车辆设备的要求越来越高，这迫使消防车辆制造商发展并满足当前多样化，复杂和专业化的需求。专业消防车。在第十届国际消防装备技术交流会上，大约30家国内外公司展示了20多个品种和70多辆消防车，从中型车到主要角色。重型车辆吸引了人们的注意力，轻型车辆有其自身的特点。它反映了未来国内消防车的发展方向。然而，仅靠这些模型无法满足日益复杂和关键的天火和紧急救援行动的要求。仍有必要不断增加车型，使您的产品结构更合理。物流车辆正朝着沉重的一面发展。大型车辆主要用于区域之间的公路货运，充分利用了大载量，低成本的特点。轻型车辆用于城市运输和配送，因此它们可以尽可能紧凑和方便。国内消防车也将向两个方向发展:重型和轻型。一方面，随着我国公路网的快速发展，消防部队进行远程多设备灭火和应急救援更加方便。这就要求战车必须具有高功率、高速度、重载和高效率的特点。重型车辆必须是首选。另一方面，随着城市交通的日益拥挤和消防技术的不断发展，配备高效消防设备或多功能的轻型消防车由于体积小、机动性强，将更适合城市消防救援任务。重型和轻型消防车各有其独特的优势。在实践中，它们可以相互补充，充分发挥各自的最优配置效率。由于维护和传统观念的影响等诸多原因，传统的中型消防车将在一段时间内继续发展。底盘制造商与改装公司合作生产消防车专用底盘。消防车底盘有独特的结构和技术要求。与普通卡车相比，消防车的使用频率较低，但消防部队迫在眉睫的任务要求车辆具有极高的整体性和可靠性，快速到达指定位置并长时间战斗。底盘必须是非常高效，稳定和耐用的，是消防车行走和输出的主要组成部分。此外，车辆底盘还负责与上部的连接和匹配。底盘结构的布局直接影响消防车的总体设计。根据国外经验，根据消防车的特点，面板制造商和改装公司已经开发了几种专用的消防车底盘，以形成一定的产量规模。一方面，它们可以降低企业的生产成本；另一方面，它们可以最大限度地提高车辆和夹克的效率。目前，国内一些消防车制造商已经意识到了这一问题，有的还积极与底盘制造商合作。在原二型底盘的基础上，底盘结构设计满足上部的特殊需求。可以预见，随着对消防车零部件安装的技术和功能要求越来越严格，对车辆底盘的专业要求也将越来越高。底盘厂和改装厂一定会开发大批量生产的专用消防车底盘，以满足市场需求。家用消防车的使用寿命通常为8年，但使用5-7年后，某些车辆的动力便比以前降低了。各种阀门和卷帘门难以开启，灭火剂容器泄漏，油漆起泡干净，可靠性不如进口车辆。随着中国汽车制造业的发展，国内高质量、高功率、大承载能力、高耐久性、长里程的底盘将越来越多地用于消防车的改装。耐腐蚀电泳pet涂料；粘合和塑料包装技术；使用预应力聚合物橡胶轴承和空气悬架：高强度钢和新型复合材料等技术的使用进一步提高了消防车的可靠性。1.2.2水罐消防汽车的发展前景消防车顶的发展消防车顶主要包括动力输出系统，消防系统，专业服务系统和各种电气设备。其中，灭火系统和专业服务系统是体现消防车特点的两个重要组成部分。在各种灭火剂中，水是最重要的。然而，由于水资源的缺乏和国家长期节能专项计划的实施，节水高效的灭火系统将逐步取代传统的灭火系统。世界上最先进的空气压缩泡沫灭火系统和水雾灭火系统将有更大的需求。消防泵的压缩空气泡沫从灭火系统中提取灭火水，添加一定百分比的浓缩泡沫液，填充压缩空气泵产生的空气，并在消防水带或消防水带中搅拌高能天空，火焰形成气泡。泡沫的体积很小，不带太多水，但可以实现充分的吸热，吸热速率比纯水快五倍以上。实验表明，对于相同大小的天火，空气压缩泡沫灭火系统的用水量仅为常规灭火系统用水量的五分之一。目前，美国高能公司(EnergeticCompany)装备有这种系统的CAPS消防车已经装备了少量部队，这是一个很好的反映。中国也有消防车改装企业引进了这种系统，并开发了定型车辆。还有一种干粉灭火系统和二氧化碳灭火系统，它们长时间安静，适用于车上的婴儿。随着火灾情况的进展，还存在一些专业要求。根据这些很少使用的系统特征，一旦使用，容量将变得非常大。专业服务系统是指完成一项或多项消防技术操作的系统，例如起重系统，照明系统，排烟系统，化学防护系统等。近年来，随着消防和救援任务的复杂性，多样化和专业化。装备有专门服务系统的各种消防车也相应地得到发展。我国特种消防车的发展应遵循以下原则。智能控制和信息系统设备，包括汽车底盘发动机管理，维护，换挡制动和稳定性控制，后轮后轴和液位数据控制系统，已经实现了潘欣的智能，自动化和卓越。动态性能，经济性，安全性和长寿命。电子定位和导航系统的上部装有电子稳定程序（ESP），带有防抱死制动系统和附加的防滑系统（ASR）。电子位置和导航系统连续监视车辆的行驶状况，并通过自动响应和调节紧急情况下可能发生的侧滑或轮锁来自动调节和调节发动机机构，例如在急转弯驾驶，潮湿道路，紧急制动和紧急回避等紧急情况下。动态管理和制动系统可稳定车辆的运行状况。因此，使用大量的LED灯和警告灯来提供车辆的高发光效率，宽照明范围，低能耗，长使用寿命和快速响应速度。为了提高车辆主动和被动安全的总体安全性能，使用了许多非线性转弯设计以及耐破损，耐破损和阻燃材料。1.3国内外水罐消防汽车的发展现状1.3.1国内水罐消防汽车的发展现状1960年代初开始在中国生产专用车。经过40多年的发展，尤其是自1980年代以来，通过技术与贸易的结合和合作生产，国外引进了一些先进的水箱消防车制造技术。在此基础上，形成了一批以多家大型汽车制造厂为主体的机械传动水箱消防车制造企业。这为我国水箱消防车的快速发展奠定了坚实的基础。当然，除了普通水箱消防车，特种水箱消防车的生产也在稳步发展。特别是自新世纪初以来，随着中国社会经济和交通环境的改善，各行各业对特种车辆，特别是工程车辆的需求正在增长。专用车将更加关注专业化，专业化和序列化。目前，消防车辆的高科技产品和关键零部件仍需进口。我的意思是，消防车的生产已经达到一定规模，但大部分都是劳动密集型的，技能水平低，必须提高质量和细节。某些高科技车辆，尤其是主要零部件，仍需要进口。如一些50m以上的爬升消防车、数控水炮、甲级泡沫灭火系统等的上部。此外，进口消防车在动力、耐用性和舒适性方面也优于国产车辆。与基础和乘用车制造相比，消防车翻新公司通常规模较小，因为它们的技术薄弱且研发资金相对较低。由于消防车市场的容量相对较小，因此有大量的新产品开发商。回收期长，绝大多数企业在技术研发上投资不足，因此不得不通过引进和模仿来升级和更换产品。他们缺乏独立的研发，尤其是高科技产品。虽然近年来国内消防车发展迅速，但是多样性和模型结构仍然存在很大差异。国外有许多消防车，从小型拖车到大型拖车，摩托车到汽车火车，客车到双引擎机场消防车。此外，国外轻型、中型和重型消防车的比例为3:4:3，而我国目前为2:5:3。从这个比例，我们可以看出，轻型消防车在中国的比例相对较小。1.3.2国外水罐消防汽车的发展现状为了提高水箱消防车的技术含量并追求高附加值，各国继续采用先进技术。关键绩效包括:在水箱消防车内部质量和性能方面的全面改进。随着使用范围的不断扩大和用户需求的不断提高，水箱消防车朝着多元化，系列化和小批量化的方向发展。在制造和加工方面，水箱防火正朝着底盘的特殊生产，零件的特殊生产，特殊技术和特殊辅助生产的方向发展。计算机辅助设计被广泛用于提高设计质量和设计开发周期。在材料配置方面，将使用更高强度的铝合金、不锈钢、工程型料和聚合村料等。目前，水罐消防以形成自己独特的结构与车想系列。作为消防车家族的重要组成部分，水箱消防车也具有品种多、批量小的特点。水箱消防车生产的另一个特点是专门生产零部件。大多数汽车工厂实际上是装配厂。其产品按结构划分或组织生产专业化和合作化。1.4水罐消防汽车定义，组成，功用1.4.1水罐消防车的定义水箱消防车利用卡车发动机驱动车载水泵向水枪或水炮输送高压水，水依靠水泵产生的高压向高处输送。消防车是装有各种消防设备和器具的各种消防车的总称。它们是目前公安消防队和企业消防队灭火的主要工具，也是最基本的移动消防设备。1.4.2水罐防车的组成普通水罐消防车有三大部分组成，即二级底盘、水泵系统和水箱。主要组件如下:二类底盘取力装置水泵及进出水管水罐消防车水泵系统操纵系统控制装置水炮水罐1.4.3水罐消防车的功用水罐消防车自上世纪初诞生以来，经过不断的发展和改进，它已经成为当今消防的主要专用车辆之一。水箱消防车按最大总质量可分为三种类型:轻型水箱消防车(2t-5t)；中型水箱消防车(8t-12t)；重型水箱消防车(14t以上)。水箱消防车吸引消防车的独特强度在很大程度上取决于车辆的快速响应机动性、汽车上配备的移动式水泵和其他消防器材的独特功能和工作效率。第2章底盘及罐体的选择计算2.1东风145水罐消防汽车底盘的选择2.1.1东风145汽车底盘的部分性能参数如上所述，大多数消防车都是从俄罗斯常规卡车的底盘上改装的。消防车与人们的生命和财产息息相关，因此该国对消防车底盘有严格的要求。中国首次提出了通用消防车底盘标准，其他特殊消防车标准仍处于酝酿阶段。消防车的施工现场必须是经国家有关部门认证的优质底盘。还有少数特殊底盘需要特殊测试和评估。驾驶室需要双排和四扇门。后门采用与前门相同的二级道路台阶。后门的宽度通常为800毫米-850毫米，以便成员可以快速进出。同时，需要预留空间，以便在第二排乘客座椅后面安装空气呼吸器，即后面板距离乘客门柱200毫米-230毫米。带4-6个人。驾驶室配备有力控编织机和两缸液压驾驶室回转装置。消防车应具有出色的基本特性，例如功率，机动性，操纵稳定性和操作可靠性。GB6244-86中规定的消防车底盘的性能参数列于表2-1：表2-1消防车底盘部分性能参数消防车性能轻型中型重型最高车速(km/h)>90>90>8060s加速时间（s）<30<35>45发动机功率（km）>66.2>99.3>154.4最大总质量（t）2-58-10>142.1.2东风145汽车底盘的基本参数根据目前在中国生产的各种专用车辆的基本模型，大多数设计满足国家经济服务区的特定使用要求。它们主要是根据已经最终确定的基本型号的底盘为车身和工作装置设计的。同时，对每个底盘总成的结构和性能进行局部修改、设计和合理匹配，以满足更理想车辆性能的使用要求。因此，专用车辆的性能直接取决于专用车辆底盘的质量。一般来说，专用车辆使用的基本底盘根据其结构可分为三种类型:二类底盘、三类底盘和四类底盘。第二种类型的底盘在整个车辆的基础上移除货物，第三种类型的底盘在整个车辆的基础上移除驾驶室和货物，第四种类型的底盘在第三种类型的底盘的基础上移除框架组件和剩余的松散部件。车辆底盘的选择主要取决于特殊设备或装置的类型，目的，装载质量，使用条件，性能指标，外观，尺寸和功率。目前，将近80辆特种车辆已转换为辅助底盘。辅助底盘改装设计的重点是车辆的总体布局和作业机具的设计。修改后，应在底盘上进行性能调整分析和必要的强度检查，以使整个车辆的性能基本接近原始车辆。与普通卡车相比，消防车的使用频率较低，但消防部队面临的任务要求车辆具有极高的完整性和可靠性，快速到达指定位置并长时间战斗。底盘必须是非常高效，稳定和耐用的，是消防车行走和输出的主要组成部分。目前，由于解放碑和东风系列机箱的出色性能和市场份额，中国的机箱类型很多。考虑到消防车应具备出色的动力，机动性，操纵稳定性和操作可靠性等基本性能，因此对:水箱消防车在S型底盘的基础上进行了改进，主要尺寸参数必须保证与原始底盘的性能相同。该变量与原始汽车基本相同。由于水箱消防车比普通水箱消防车配备了额外的水泵系统，装载质量应小于普通水箱消防车，根据初始额定装载质量为3t。因此，东风145卡车底盘被选择进行设计修改。整车准备质量是指具有底盘所有工作设备和所有附属设备的专用车辆。用油和水装满它。然而，整个车辆在无人驾驶或空载时的质量。参照同类普通水箱消防车的整车整备质量，可以通过提高水泵系统的质量来估算水箱消防车的整车整备质量。东风145的整备重量为7800公斤，因为本设计中选用的水箱、水泵和水炮都是质量较大的设备，变化很大，所以整车整备重量相对小于东风145，为1000公斤。也就是说，整个水箱消防车的质量如下:总质量ma计算由公式（2-1）：（2-1）式中--乘员按每人65kg计算。东风145底盘参数如表2-2。底盘型号单位及代号东风145空载整备质量（kg）7800前轴距载质量（kg）3900后轴距载质量（kg）8600额定轴载质量最大质量（kg）13245前轴最大总质量（kg）3900后轴最大总载质量（kg）8600性能参数最高车速（km/h）<90最大爬坡度（%）30油箱容积（L）145限定工况百公里油耗（L）24尺寸参数外形尺寸总长（mm）7785总宽（mm）2475轴距（mm）4700表2-2东风145底盘参数2.2罐体的设计及材料的选择2.2.1罐体的设计消防车的水箱在二级底盘上，所装的水质量很好。因此，设计油箱时，重心应尽可能减小。根据国内外消防车储罐的设计经验，储罐应设计为水平圆形截面。如图2-1所示:图2-1罐外型通常，水箱是用钢焊接的。为了防止腐蚀，钢板表面不应生锈。例如，在水箱的内表面经过多次喷丸或酸洗等清洁处理后，要涂底漆和防锈漆。一些苏联坦克也涂有沥青。我国一些消防队在购买的水车内壁涂上玻璃钢，以增强防锈能力。近年来，玻璃钢水箱也已在西欧使用。一些家用水箱消防车也在测试玻璃钢水箱。水箱的横截面具有各种形状，例如圆角，椭圆形，带有圆角的大致正方形。椭圆形或半椭圆形载体表面被广泛使用。这种结构钢具有良好的性能。它可以充分利用底盘宽度，重心较低，但是制造过程更加复杂。由于圆形横截面的高质心，容易出现稳定性问题。然而，该消防车的水箱容积选择为5吨，为轻型水箱车。因此，选择圆形储罐。虽然水箱的形状不同，但它们的结构和功能大致相同。水箱内腔被分隔开并装有防波板，分隔的小时容量优选为1.0-1.5m3。从水箱抽水和向水箱注水的管道有时与消防栓或供水车没有连接。罐底有一个用于清除污垢的空腔和一个排水阀。维护时，顶部有1-2个人孔，隔板上也有人，水箱顶部每个房间都有连接通道。金属罐通常焊接在普通低碳钢板上。储罐的壁厚通常为3mm:对于大型车辆，必须根据液体承载能力的特定条件和罐的结构形式确定壁厚。水箱的前盖和后盖通常是平的。为了提高刚性，密封板的厚度增加到6mm。水箱消防车也可以在特殊时间为居民供水。合金钢材料用于整个油箱。如果要求强度不太高，允许强度较低、价格较低的合金钢材料可用于水箱消防车:根据国内外水箱消防车的水箱材料，一般选用16Mn、密度7900kg/m3。圆的半径是600毫米，水箱的长度是5400毫米。水箱上的压力是水的静压力。根据公式2-2得：(2-2)式中P--罐受压力为水的静压力Kpap--水密度kg/m3g--重力加速度m/s2h--水罐长mm根据公式计算（2-3）式中S--圆筒的计算厚度mmP--罐体内压力取P=52.29M/paRk--圆筒的半径mmK--焊缝强度系数K=0.8--设计的温度下圆筒材料的许用应力为510Mpa1--锈蚀的附加厚度计算得S=4mm圆罐强度校核：根据GB150-1998设计温度下圆罐的厚度校核式计算(2-4)式中Pc--强度校核计算压力MpaDi--圆罐内径mmmin--实测最小壁厚mm[]--许用壁厚mm1--容器在一定的使用周期中预计的壁厚腐蚀减薄量mm[]t--计算壁温度下材料的许用应力Mpa--焊接接头系数计算得[]=2mm所以min>[]罐体壁厚4mm符合标准。根据质量计算公式计算(2-5)式中m罐体--罐体的质量kg--罐体材料的密度7900Kg/m3--罐的体积0.062m3计算得m罐体=492kg，m罐体+水=5492kg，所以选择的东风145牌车的底盘符合要求。2.3防波板的设计2.3.1防波板的外形设计在车辆行驶过程中，为了增强油箱的刚性，减少油箱内液体对油箱的冲击，防波罩通常安装在燃油箱中。遮光板的材料必须与罐体匹配，并且每个遮光板的有效面积必须大于罐体横截面的40％。防波罩必须设计成圆形冠状，并钻有多个大孔，以减少液体对防波罩的影响。放置时，每个防波罩中的孔应在垂直和水平方向上同心。否则防浪效果会减弱。2.3.2防波板的参数计算通常，防波板由与罐相同的材料制成，防波板的厚度可以是4mm。本章小结消防车的底盘应该是具有优良的可通过性，稳定性和高发动机功率的高质量汽车底盘。有一个安全可靠的乘客舱，方便进入。有足够的力量，大小应该合适。通过以上要求，选择东风145底盘。本章通过对比分析和计算选择，对罐体壁厚进行校核。在本设计中，消防水箱车还可以在特殊时间为居民提供生活用水。这就要求罐体材料具有防锈功能，罐体必须由不锈钢制成。储罐应由16MnR组成，并结合经济，实用和实用元素，且经济性不高。罐的计算厚度为4毫米，压力容器设计标准GB150-1998的强度测试结果符合要求。第3章水泵系统的设计与选择安装在消防车上的水泵一般称为车辆消防泵水泵系统，由动力输出装置、水泵、进出水管、操作机构等组成。根据战术需要，消防车配备了各种消防设备，其中消防泵是最基本、最核心的部件之一。3.1高压离心消防泵的选择高压消防泵结构简单，类型多样，技术成熟，成本低廉。在1980年代之前，它被广泛用于固定式消防供水设施，并且是中国消防车的主要泵。3.1.1保温车厢的热工参数选择改革开放后，由于无休止的高层建筑，中国经济快速增长，消防水源建设滞后。高压消防泵不能再满足单泵长距离供水和摩天大楼供水的需求。因此，在为消防车选择车载泵时，中高压消防泵和高压消防泵由于具有水性能和低压消防泵而成为车辆消防泵的首选。特点。但是，由于中国许多地区的经济发展不平衡，欠发达地区的城市规模有限，低成本消防泵价格低廉，仍然具有较大的市场规模。3.1.2高压离心消防泵的发展趋势高压消防泵的扬程低，但流量高。目前，中国生产的高压消防泵流量为80，国外生产的高压消防泵流量为100。此功能使消防车不仅可以向水炮供应更多的水，而且可以为水炮和泡沫炮提供大量的水。此优势无法替代中高压消防泵和高压消防泵。因此，高压消防泵的未来是发展大流量以补充中高压消防泵的性能特征。3.1.3高压离心消防泵的选择在1990年代之前，低压消防泵广泛用于固定式消防系统和消防车。中高压消防泵的发展和应用减少了低压消防泵的应用。然而，由于其价格低廉，技术成熟，性能稳定，操作简便等特点，普通消防车仍需要长期组装高压消防泵。目前，在大型消防车中使用高压消防泵。与中高压消防泵和高压消防泵相比，可以同时提供这种高压消防泵。它可以分为球形和叶片型，单级，双级和多级，单吸和双吸。消防通常根据出口压力分为:高压泵，中压泵和高压泵三种类型。离心泵主要由叶轮，泵壳，泵轴，轴封装置等组成。统称为安装在消防车中的水泵，称为车辆消防泵。后泵位于车辆的后部，前泵位于发动机的前部。车辆消防泵被称为消防车的心脏，是消防车用来输送水的特殊泵。表3-1列出了由消防车底盘发动机提供动力的家用车辆消防车的性能参数。表3-1国产车用消防泵性能参数型号质量（）长宽高（）出水口径（）流量（）扬程（）转速（）装泵车辆BS1745650500580651.67903600轻便消防车BS2241300365122652.21103400CBJ22BS30170500600600653.01103240东风、解放底盘改装BS60150530500400806.01303000CG70/60BD4273480457538804.171202950CG36/42BD50280750450580805.2151.72978CPP30BG35122548457710804.171102950CG35/42水泵由功率输出单元驱动，如图3-1所示。作为车辆泵的动力传输模式。1—发动机2—取力器3—水泵4—变速器5—离合器图3-1车用泵动力系统本设计选择了东风底盘，大型消防车，并选择了BS30汽车消防泵。离心泵的工作原理当泵中充满液体时，随着叶轮旋转，在腔室内压缩的液体在离心力的作用下由叶轮中心排出，并收集并流出泵的出口完成压水过程。同时，当水从叶轮中间排出时，在叶轮的入口会形成真空。因此，水在大气压的作用下通过抽吸管进入泵体的抽吸腔，从而完成抽吸过程。离心泵的工作原理是在叶轮的不断旋转下，不断完成水压和吸水的过程。根据GA39.4-1992《消防车通用技术条件》，消防泵轴的功率与发动机总功率的比值不大于发动机功率的比值。汽油发动机不超过60台发动机或65台发动机。选择了柴油发动机作为辅助底盘。目前，国内重型消防车最常用的BS30型车辆消防泵正在研制中。BS30消防水泵与发动机总功率匹配的详细性能参数见表3-1：表3-1BS30消防泵参数型式额定流量（）额定压力（）泵轴转速（）进水口径（）出水口径（）质量（）轴功率（）双级离心式3.01.032402×φ1002×φ658054其中轴功率为54发动机功率为132。40.9%<65%如果消防泵的轴输出与发动机总功率的比率小于65％，则使BS30与发动机匹配以满足您的要求。3.2取力器的选择各种特殊车辆的特殊工作装置主要由汽车的发动机驱动。取力器是用于汽车的特殊功率输出设备。从引擎获取一些动力，并用于驱动各种液压泵，真空泵，离心泵，空气压缩机和各种特殊的汽车作业机械。3.2.1取力器布置方案选择发动机前部的动力具有液压传动装置，适合长距离动力输出。这种取力方法通常用于从长头底盘改装的大型混凝土搅拌车上。飞轮背面的取力器特性是取力器不受主离合器影响。变速箱系统直接连接至发动机。从取力器到作业装置的距离很短。传输系统简单可靠。该解决方案得到了广泛的应用，例如从平头车改造而来的大中型混凝土搅拌机。特殊车辆的取力器的总体布置取决于取力器的方法。常见的取力方法可以分类如下：来自驱动轴的力的布置也称为变速器顶部安装。在该解决方案中，取力器堆叠在变速箱上，惰轮通常与与动力轴配合的齿轮啮合，因此必须更换原始变速箱盖。该解决方案广泛用于水箱消防车，自卸车，冷藏车，垃圾车等。动力通常来自变速器的顶部。有许多方法可以从变速器上获得力，例如从中间轴的端部获得力、从履带齿轮获得力、从顶部获得力等。然而，最常见的方法是从副轴齿轮获得动力。这种方法称为侧山动力输出，可以分为左右布局。例如，CA1091系列取力器和EQ1090系列取力器都是侧面安装的取力器。传动轴的动力输出方案是将动力输出装置设计为独立的结构，该动力输出装置布置在传动装置的输出轴和汽车的万向传动轴之间。独立的专用动力输出单元固定在框架上，不会随驱动轴摇摆或伸展。在设计时，必须采用伸缩附件的传动轴连接，注意动态平衡，隔振和阻尼。分动箱的动力输出布局主要用于全轮驱动拖拉机，汽车起重机等。驱动绞车或提升机构。从取力器到工作齿轮，可以使用机械或液压传动装置。在此设计中，底盘型号为EQ1126KJ，因此选择作用在中间齿轮上的力的布局。3.2.2取力器基本参数选择消防车的输出装置基本上是单速变速器。基本参数包括功率输出总速度的比率，额定输出转矩，输出轴的旋转方向和结构的质量。车辆取力器系列包括PT012/252，PT012/263，PT012/264，PT012/273，n4205NG-010和30个其他型号。总速比（发动机转速与功率输出转速之比）为1.06、0.892、1.253、1.199、1.716等。额定输出扭矩为210、170、100、392、450等动力旋转方向与发动机旋转方向相反。结构参考质量为12和12.5。动力输出装置的加速比必须至少为消防泵额定速度和发动机额定速度的1.21倍。（3-1）式中——水泵额定转速；——发动机额定转速。在这种取力器设计中，速度比必须大于1.21×1.296=1.568。根据上述设计计算，选择4205NG-010取力器。默认参数如表3-2所示：表3-24205NG-010型取力器取力器型号速比输出旋转方式额定输出转矩（）操纵方式在整车上的输出方式4205NG-0101.716与发动机相反450气动与发动机相反3.3水枪和水炮水枪和水炮是灭火工具，可增加水流的速度，射程和形状。流量小，两个人可以使用的洒水器是水枪，流量大，并且水枪由支架或托架支撑。流速为1000升/分钟。3.3.1水枪绞盘的选择1.水枪灭火器枪是消防员在日常消防中经常使用的主要设备之一。水的静水压力可以转换为动能，因此可以喷射各种水流或雾气以进行消化，冷却，隔离和释放烟雾。根据喷水的不同类型，喷水枪分为直流水枪，多功能水枪和水枪。在这种设计中，选择了直流水枪。直流水枪是一种喷水枪，可以喷射浓密而完整的水流。喷枪由接口，枪管和喷嘴组成。铲斗的主要功能是对泵中的水进行精馏并将加压水送至喷嘴。喷嘴提高了水的速度。喷嘴非常重要。它的形状和口径影响水流。此外，即使相同口径的喷嘴由于不同的压力而具有不同的范围和流速。直流水枪喷嘴直径与位移的关系按以下公式计算:开关DC水枪在常规DC水枪的枪管上安装控制开关，以控制或停止喷涂。表3-1列出了家用直流水枪的技术规格，表3-2列出了家用开关的直流水强度的技术规格。表3-1国产直流水枪技术规格型号接口规格（mm）喷嘴直径（mm）进口压力（Kpa）射程（m）外形尺寸(mm)重量(kg)QZ165013.16588>32295×95×950.72QZ196516.19588>36340×110×1100.93QZ16A5016588>35390×95×951.02QZ19A6519588>38520×110×1101.32表3-2国产开关直流水枪技术规格型号最大射程（射角）进口直径()外形尺寸（长×宽×高）()重量()进口压力()喷嘴直径()射程()QZG16588163150440×95×951.79QZG19588193565465×110×11010.97在大型消防水箱的设计中选择更长距离的水枪，并考虑使用QZG19水枪。2.绞盘的选用NV系列绞车在国内外应用广泛，根据整车满载质量13245和总和系数选择TH20型号。总长度为25m和30m的TH20消防车绞车是标准消防枪。3.3.2水炮的选择由于强烈的辐射热，热空气，浓烟和建筑物倒塌的风险，难以进入或供应火灾。此外，当风很大时，水就会被吹走。此时，必须用大流量、高压、长距离的水灭火。在这种情况下，注水的反作用力很大，不可能用人手操作注水灭火。必须使用支撑平台，如支撑注水灭火工具。带支架或架子的洒水器称为带架子的水枪或大炮。为了避免混淆，所有这种设计都称为水炮。枪体可以水平旋转、俯仰和锁定。流量，远程，DC和喷雾可调。中压枪可以承受2.55Kpa的压力。消防车配备了水饱和设备，根据您的使用方式，可以将其分为车载设备和移动设备。汽车热水器固定在车顶并连接到水管。可移动水枪通过软管连接到消防车，并且可以在一定范围内移动。根据工作模式，水炮可分为手动和远程控制。1、手动操作式水炮手动水炮主要由支架，水平返回过渡管，弯头（组合管），枪管和喷嘴组成。根据旋转机构的不同，分为手柄式，蜗轮式和半蜗轮式三种。倾斜弯管在旋转接头的尖端处有一个枪管。手持式水监测器可与安装在弯头上的手柄一起使用。2、遥控式水炮所谓的远程操作是使用液压，液压或电为媒介，一一控制水炮。这里仅描述后两个。（1）动遥控式该解决方案在水炮上装有油马达或油缸，液压组件尺寸小，可以更灵活地进行工作调节。（2）电动式遥控该方案是在水炮上安装电机，由电源反馈线控制，动作灵敏，价格低廉(防爆结构除外)，因此得到了广泛应用。这里只提到水炮动作的原动力。事实上，需要一系列的传输机制。在这里，我们不会一一列出。本设计选用SP40型手动操方式；如图4-1所示：1-炮筒2-砖塔3-球阀图3-1SP40型固定式水炮结构图其性能参数如表3-3所示：表3-3SP型消防炮性能参数型号配套流量（）额定工作压力（）工作压力范围（）最大喷射角（）俯仰角（）水平回转角（）连接方式Sp403.00.80.5～1.2110-30～+70360法兰连接本章小结根据工作需要，消防车配备了各种消防设备，其中消防泵是最基本、最核心的部件之一。在本章中，使用您的计算和以往的经验来选择消防泵，然后选择取力器。泵从原动机吸收机械能，将水向上拉以将能量传递到越来越多的地方。具有压头和动能的灭火材料可通过水袋，橡胶软管和喷枪喷雾或冷却来点燃。本章比较了以往和国际上水枪，绞车，水泵和其他消防设备的选择经验。选择QZG16水枪，NV-2500-30绞车和SP40固定水枪。第4章副车架的设计为了使车架承受尽可能均匀的载荷，通常在专用车架或专用装置与车架之间采用副车架过渡。4.1副梁的截面形状及尺寸特殊车辆副车架中的大多数纵梁（副梁）采用图4-1所示的凹槽横截面形状。横截面尺寸取决于专用车辆的类型和负载的大小。图4-1副梁截面形状对于汽车起重机的辅助梁，为了提高辅助梁的抗扭和抗弯能力，必须在提升装置安装范围内用腹板将辅助梁的部分封闭，如图4-2和图4-3所示:1－副梁2－加强板图4-2加强后的副梁截面形状图4-3加强腹板的位置4.2副梁的前端形状及位置为了避免副梁刚度突然变化导致车架纵梁的作用力集中。辅助梁前端的形状应逐渐过渡。例如，采用如图4-4所示的三种过渡形式。图中，对于U形前端形状:对于角形前端形状：对于L形前端形状：，形状各不相同的三个副梁的末端从机翼表面部分倾斜，该表面邻接框架纵梁。坡度尺寸如下：，图4-4副梁前端形状4.3副车架与车架的连接子框架可以通过各种结构形式的连接装置固定到框架上。有以下三种常用方法：1、止推连接板显示了用于91系列重型车辆的推力接合板的构造和安装，如图4-5所示。连接板的顶部通过焊接固定在副梁上，底部通过螺栓连接到框架纵梁上。本发明的优点是能够承受较大的水平载荷，并防止辅助梁和框架纵梁相对于彼此水平移动。两个相邻的止推连接板之间的距离在此范围内。2、连接支架连接支架由独立的顶部和底部支架组成，顶部和底部支架分别用螺栓固定到副梁和车架纵梁的标牌上。此时，上下括号之间有一个缝隙（图4-6）。连接支架可承受的水平载荷很小，因此与推力连接板配合使用。如图4-7所示，后悬架的前支架首先安装在支架上，推力连接板用于后悬架的前支架的后面。1-副梁；2-止推板；3-车架纵梁图4-5止推板结构1-上托架；2-下托架；3-螺栓图4-6连接支架1-副梁；2-车架纵梁；3-止推连接板；4-后悬连接板；5-连接支架图4-7支架与止推连接板的配合使用3、U型夹紧螺栓如果难以选择其他附件，则可以使用U形夹紧螺栓拧紧螺栓，但是不允许在框架范围内允许最大扭转载荷的U螺栓。使用U型螺栓时，为了防止车架纵梁表面变形，只能使用垫块。但是，必须在消声器附近使用角钢或钢管作为衬里。在该设计中，辅助梁的前端形状被选择为图4-4中的形式(b)。油轮制动时会产生更多动力。该总体前端形状可以有效地防止辅助梁的刚度的突然变化，这允许集中力集中在框架的侧梁上。在本设计中，连接方式是支架和推力连接板的组合。4.4副车架强度刚度弯曲适应性校核4.4.1额定装载时整车重心作用点的求解对于主车架，整个车辆的重心向后移动。应力图如图4-8所示。图4-8主车架额定装载运输重心作用简图在额定载荷质量下，消防车的前后轴承承受相同的载荷，即:N(4-1)由图，可以列出：(4-2)求得mm(4-3)4.4.2副车架剪力及弯矩的求解图4-9中的:下方显示了主机重心的运动图和为整个车辆的重心获得的工作点处的副车架的应力图图4-9副车架额定装载受力简图此时受力的副车架被视为简支梁(见下图)，以检查强度、刚度和弯曲变形。从下图中，可以列出等式: 图4-10副车架等效简支梁简图可求得：=(4-4)=即大小为47412N，方向与设定的方向相同。可求得：=(4-5)=即大小为15098N，方向与设定的方向相反。由以上，可画出实际的副车架等效梁示意图。图4-11副车架实际等效梁简图列出弯曲剪力及弯矩方程：OA段==26587N(0<X<1050)(4-6)==26587X(0X1050)(4-7)AB段==2658741650=-15072(1050<X<4190)(4-8)==13786150-15072X(1050X4190)(4-9)BC段==5753(4190<X<5240)==5753X65390500(4190X5240)(4-10)根据上述剪切力和弯矩解，可以绘制剪切力和弯矩图如下图4-12所示:图4-12副车架额定载荷剪力图4.4.3副车架强度刚度校核对于塑性材料，其弯曲正应力强度条件为：(4-11)由即有式中——梁内最大弯矩截面弯矩值；——抗弯截面模量；——梁截面对中性轴的惯性矩；——离中性轴最远的最大弯矩段。对与矩形副车架截面，截面惯性矩(4-12)即有：=425.51由于副车架设计为对称矩形，因此其截面上下边缘的最大拉伸应力和最大压缩应力相等，即:在所选材料的许用应力范围内。4.4.4副车架弯曲变形校核由此可见，子框架的等效简支梁形式是已知的，梁的最大挠度和最大转角可以通过叠加法获得，然后可以检查子框架的弯曲变形。和最大拐角获取覆盖后，可以检查子框架的弯曲变形。当梁的形式为下图所示形式时，梁的挠曲线方程为：(0xa)(axl)(4-13)梁的转角方程为：(4-14)式中——作用在梁上的力，规定其向下为正，向上为负；——梁构成材料的弹性模量，；——为梁的惯性矩。叠加后，当消防车额定装载时，获得挠度:(0xa)(4-15)(axl)即有最大挠度：求得A、B两处转角为：=1.46784=-0.46897即梁的最大转角：-0.46897计算的挠度和转角，指材料选择的允许挠度和最大允许转角，都在允许值内。图4-13副车架等效简支梁本章小结本章主要用于计算和验证子框架，确定子框架的大小，设计横截面形状，子框架的正面形状以及如何与主机连接。通过以上结构设计和力学分析，消防车的改型设计已基本完成，需要进一步的性能分析。第5章水罐消防车基本性能参数计算专用汽车性能参数的计算是总体设计的主要内容之一。其目的是检查车辆参数的选择是否合理，性能参数是否满足要求。最基本的性能参数计算包括动态计算、经济计算和稳定性计算。5.1发动机的动力性水罐消防汽车整车性能参数见表5-1，表5-2所示：表5-1与计算有关的整车参数表名称符号数值与单位发动机最大功率132发动机最大功率时的转速2500发动机最大转矩700发动机最大转矩时的转速2200车轮动力半径0.493车轮滚动半径0.509主减速比6.25汽车列车迎风面积4.5汽车列车总质量(满载)13245表5-2水罐消防汽车变速器速比挡位1 23456倒挡6.543.9862.2491.5441.000.8146.6345.1.1发动机的外特性发动机的外部特性是专用发动机的外部特性，它们表示节气门完全打开时发动机的速度特性，并且是计算车辆动态性能的主要基础。在外部特性图中，两个重要的特性曲线，即发动机输出扭矩和根据发动机转速的输出功率是不对称曲线。根据工程实践，第二三元公式是汽车发动机的外部特性，即（5-1）式中：——发动机输出转矩，（）；——发动机输出转速，（）；、、—待定系数，由具体的外特性曲线决定。、、它可以通过各种方式获得。如果发动机的期望外部特性不可用，但是发动机的最大输出功率和相应转速以及发动机的最大扭矩和相应转速从发动机铭牌上已知，则以下经验公式可用于描述发动机的外部特性:（5-2）式中—发动机的最大输出转矩，；—发动机最大输出转矩时的转速，；—发动机最大输出功率时的转速，；—发动机最大输出功率时的转矩，。由式（5-1）和式（5-2）可得：（5-3）如果知道发动机外特性曲线时，可利用拉格朗日三点插值法求出待定系数、、。在外特性曲线上选取三个点，即（、）（、）（、），依拉氏插值三项式有:将上式展开，与（2-1）连例可得：（5-4）5.1.2汽车行驶方程式当水箱消防车直行时，驱动力和行驶阻力:之间保持平衡:（5-5）式中——驱动力，（）；——滚动阻力，（）；——坡道阻力，（）；——空气阻力，（）；——加速阻力，（）。换算后的（5-6）又因为（5-7）将式（6-7）代入式（6-6）并整理后，可得：（5-8）式中（5-9）5.1.3动力性评价指标衡量汽车动态性能有三个评价指标。即，最大速度，最大爬坡能力和加速性能。1、最高车速根据最高车速的定义，有a=0,j=0,由式（5-8）可得：将滚动阻力方程式代入上式，可得：所以令（5-10）又因,，可确定专用汽车的最高车速为：（5-11）2、最大爬坡度当汽车以最第挡稳定速度爬起时，j=0，，则由式（5-8）可得：（5-12）将上式两边以为自变量求导，可得：当时，a取最大值，此时：代入式（5-12），可得：令（5-13）对上两式整理可得：实际上，总会有滚动阻力，滚动阻力系数越高，汽车的爬坡能力越小，因此您需要从上述公式中得出负号，又因，上式可简化为或（5-14）式中：——专用车辆的最大爬坡度为20%。3、加速度专用车辆在平坦路面上的加速度的计算公式如下：（5-15）在某些档位加速过程中，特殊车辆的最大加速度可由的极值点求出，令：但可得水罐消防汽车在该挡加速时的最大加速度()如下：（5-16）5.1.4整车动力性计算1、确定动力性计算所需的有关系数系数、、、和的确定结果如表5-3所列，回转质量换算系数如表5-4所列：表5-3动力性计算需确定的有关系数名称符号数值发动机外特性修正系数0.90直接挡时传动系效率0.90其它挡时传动系效率0.87空气阻力系数0.04滚动阻力系数0.00860.000148表5-4质量换算系数的计算结果挡位123456倒挡2.7811.8041.3481.1931.1281.12.5972、确定发动机外特性曲线的数学方程引入了拉普拉斯三点插值法以匹配发动机的外部特性曲线。首先，从发动机的外部特性表和表5-1中选择三个代表坐标值。即然后利用公式（5-4）计算系数、、，为方便计算，记则获得发动机外部特性的数学方程如下:3、计算各档位时的系数、、、和的值依据公式（5-9）和（5-10），将上面确定的相关参数代入计算中，计算结果列于表5-3。4、计算水罐消防汽车的最高车速将直接档（第6档位）、、、和值代入式（5-11），可得该水罐消防汽车的最高车速为5、计算最大坡度将最低档（第一档位）、、、的值代入式（5-13），可得：将E代入式（5-14），可得：水罐消防汽车的最大爬坡度为：表5-5各档位时的系数、、、和的计算结果档位1-0.12140.14680.2378-851400.36442-0.30870.58790.1509-851400.14463-0.65100.20520.8890-85